[發明專利]一種流固兩相輸運中顆粒定位的方法

有效

• 申請號: 201910828574.0
• 申請日: 2019-09-03
• 公開（公告）號: CN110465339B
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發明（設計）人: 胡簫;林建忠;庫曉珂
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B01L3/00
• 分類號: B01L3/00;G01N15/10
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

本發明公開了一種流固兩相輸運中顆粒定位的方法。在微流控芯片的微通道內，用壓力源從入口端將微通道注入充滿液相牛頓流體，將兩排固體顆粒并排放置在微通道的入口端，且位于流向中線對稱的兩側，兩排固體顆粒在入口段驅動壓力作用下均逐顆注入到微流控芯片的微通道內，初始注入速度為0，間隙/距離相同；調節壓力源的驅動壓力和顆粒直徑，使得兩排固體顆粒分別均勻分布在微流控芯片的微通道兩排內壁的壁面附近，形成顆粒間距穩定的交錯分布的顆粒鏈。本發明根據雷諾數和固體顆粒的阻塞率優化了形成均勻穩定的顆粒間距和排布，能夠在無外力條件下就形成均勻間距的顆粒鏈，達到精確定位和計量顆粒的目的，方法提高了顆粒定位的精度和效率。

技術領域

本發明屬于微流控芯片中固液兩相流領域，特別涉及一種流固兩相輸運中顆粒定位的方法。

背景技術

顆粒慣性遷移是微流控分析系統中一種重要的分離技術。如細胞儀對血液中血細胞的檢測計量，污染顆粒物在呼吸道中的運動，化工過程中顆粒的篩選與分離，微流控芯片中顆粒的高效分離輸運等，具有重要的應用價值。以往的研究中多采用施加外力的方式，如磁場、電場以及復雜的微通道結構來實現顆粒在微流控芯片中會形成均勻間距的顆粒鏈，提高細胞儀對顆粒定位的精度。而顆粒在壓力驅動的慣性作用下，能夠在無其他外力條件，在簡單的直管中固體顆粒就能慣性遷移到指定位置，形成均勻穩定的顆粒間距，極大的提高顆粒監測的準確度和效率。因此，研究顆粒在牛頓流體中的定位方法對提高顆粒檢測精度和分離效率具有重要意義。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種流固兩相輸運中顆粒定位的方法，還根據雷諾數和固體顆粒的阻塞率優化了形成均勻穩定的顆粒間距和排布，方法提高了顆粒定位的精度和效率。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

在微流控芯片的微通道內，微通道的入口端連接壓力源，用壓力源從入口端將微通道注入充滿液相牛頓流體，將兩排固體顆粒并排放置在微通道的入口端，且位于微通道的流向中線對稱的兩側，兩排固體顆粒平行于微通道且在入口端之外，兩排固體顆粒到微通道的流向中線的徑向距離相同，分別到微通道兩側內壁之間的距離相同，

兩排固體顆粒在入口段驅動壓力作用下均逐顆注入到微流控芯片的微通道內，固體顆粒的初始注入速度為0，兩排固體顆粒中保持流向注入的相鄰兩顆固體顆粒的間隙/距離相同；

調節壓力源的驅動壓力和顆粒直徑，固體顆粒受固定的驅動壓力所引起的慣性和相鄰固體顆粒相互靠近時的排斥力作用而向微通道下游運動，使得兩排固體顆粒分別均勻分布在微流控芯片的微通道兩排內壁的壁面附近，形成顆粒間距穩定的交錯分布的顆粒鏈。

所述的微通道為直通道。

所述的顆粒間距穩定的交錯分布的顆粒鏈，是指兩排固體顆粒的各顆固體顆粒在流動方向交錯交替分布，并且：

其中一排固體顆粒中的固體顆粒以相同間距或者規律間距地間隔分布，另一排固體顆粒中的固體顆粒沿流向以連續的幾個相靠近聚集為一組而形成不同組，組之間間隔分布，組內的固體顆粒以相同間距或者規律間距地間隔分布；

或者是，兩排固體顆粒中的固體顆粒均以相同間距或者規律間距地間隔分布；

或者是，兩排固體顆粒中的固體顆粒沿流向以連續的幾個相靠近聚集為一組而形成不同組，組之間間隔分布，組內的固體顆粒以相同間距或者規律間距地間隔分布。

所述的液相牛頓流體為水或甘油之類。

選擇圓形固體顆粒作為固體相，且固體顆粒密度與液相牛頓流體的密度相等。具體實施中，圓形固體顆粒可以為細胞等。

所述的壓力源采用壓力泵或注射泵。